높은 마찰공학적 특성

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13180(2023) 이 기사 인용

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마찰 중에 접촉하는 두 표면의 윤활이 부적절하면 특히 금속 절단에서 심각한 마모가 발생할 수 있습니다. 따라서 윤활성을 향상시키기 위해 질감과 고체 윤활제의 시너지 효과가 있는 표면이 제안되었습니다. 고속강(HSS) 표면에 레이저로 젖음성이 우수한 메쉬 텍스처를 제작한 후, 정전식 플록킹 기술을 이용하여 텍스처의 홈에 나일론 섬유를 수직으로 이식하였다. 건식/오일 윤활 상태에서 다양한 표면(매끄러움, 질감, 플록)의 마찰 및 마모 상태를 선형 왕복 마모 시험기로 연구했습니다. 다양한 작업 조건에서의 마찰계수(COF)를 사용하여 마찰 방지 특성을 분석하고 마모율을 사용하여 표면의 내마모성을 평가했습니다. 결과는 플록 표면의 마찰 특성이 다른 두 표면의 마찰 특성보다 우수하다는 것을 보여주었습니다. 이는 나일론 섬유를 첨가하면 질감 가장자리의 전단이 쉬워지기 때문입니다. 파손된 섬유는 시편 표면에 견고한 윤활막을 형성하여 파편으로 인해 표면이 긁히는 것을 방지합니다. 또한 부하가 증가함에 따라 COF가 감소하는 것으로 나타났습니다. 마지막으로, 플록킹 표면에 있는 오일 방울의 빠른 습윤성은 윤활 및 마찰 방지에 대한 표면의 큰 잠재력을 보여줍니다.

마찰로 인한 마모는 장비 및 부품 고장의 주요 원인 중 하나입니다1. 따라서 마찰 감소에 관한 연구는 주로 신소재, 표면 질감, 코팅, 윤활제 및 기타 측면에 초점을 맞춰 많은 학자들의 관심을 끌었습니다. 금속 절단 가공 분야에서는 재료가 공구 표면과 격렬하게 마찰되어 공구 끝 부분에 고온, 고압 영역이 생성되어 윤활유가 들어가는 것을 방지하고 수명에 심각한 영향을 미칩니다. 도구.

좋은 마찰학적 특성으로 인해 표면 질감에 대한 광범위한 관심이 있었지만 제시된 기술 수준은 다소 짧고 불완전합니다. Grutzmacher et al.2에 따르면 텍스처는 잔해물과 윤활유를 저장하고 실제 접촉 면적을 줄이고 유체역학적 압력을 높이는 데 도움을 주는 기능을 가지고 있습니다. Cheng et al.3은 다양한 질감의 표면의 마찰과 마모를 조사하고 하이브리드 탄성 윤활 모델을 사용하여 계면 마찰에 대한 깊이, 거칠기 및 하중의 영향을 조사했습니다. Wei 등4은 서로 다른 면적 밀도를 갖는 네 가지 유형의 텍스처 표면을 준비하고 볼 디스크 마모 테스트를 수행했습니다. 결과는 텍스처가 기판 재료의 내마모성을 크게 향상시켰으며 텍스처로 인한 유체역학적 윤활 효과가 마찰 감소의 주요 원인임을 보여주었습니다. Wan et al.5은 텍스처가 있는 표면이 가장 작은 COF를 가지며 COF의 곡선이 텍스처가 없는 표면의 곡선보다 더 안정적이라는 것을 발견했습니다. Costa 등6은 다양한 응용 분야에서 텍스처 표면의 마찰 방지를 분석하고 텍스처 준비에서 레이저 처리의 큰 이점을 강조했습니다. 그러나 Marian et al.7은 윤활 마찰 접촉에서 마찰과 마모를 제어하는 ​​텍스처가 여전히 시행착오 단계에 있다고 지적했습니다.

질감이 있는 표면의 윤활을 더욱 최적화하면 마찰과 마모를 줄여 에너지 효율성과 지속 가능성을 향상시킬 수 있습니다. 고체 윤활제로 텍스처를 채우는 것은 편리한 준비와 자기 윤활성으로 인해 많은 주목을 받았습니다. Li 등8은 텍스처에 연질 금속(은)을 증착하여 표면이 실온에서 마찰 감소에 뚜렷한 효과가 없는 반면 마찰 방지는 200°C, 400°C 및 300°C에서 더 우수하다는 것을 확인했습니다. . 더욱이, 텍스처의 윤활제 저장은 400°C 이상의 온도에서 마찰을 줄이는 데 더 중요한 영향을 미칩니다. Mi 등9은 WC/Cu 고체 윤활제로 채워진 질감 표면의 마모 성능을 조사했습니다. 마모 잔해는 Cu 상 표면에 윤활막을 형성하고 Cu 상은 단단한 WC 섬에 자체 윤활막을 형성했습니다. 따라서 마모 표면에 윤활막이 형성되어 COF가 감소하고 내마모성이 향상되었습니다. Huang 등10은 화학적 도금 방법을 사용하여 Ag/MoS2 고체 윤활제를 피트에 증착하고 마모 테스트를 수행한 결과 고체 윤활제가 표면에 윤활 필름을 형성하기 때문에 COF와 마모가 크게 감소한 것으로 나타났습니다. 또한 Yin et al.11은 질감이 있는 표면에 비금속 고체 윤활제(흑연 입자)를 분사하고 마모 테스트를 통해 흑연이 표면의 마찰 특성을 크게 향상시킨다는 결론을 내렸습니다. Meng 등12은 텍스처에서 다양한 유형의 고체 윤활제(CaF2, WS2 및 흑연)의 마찰 방지를 연구했습니다. 그들은 WS2 또는 흑연 고체 윤활제로 채워진 질감이 상대적으로 낮은 COF를 나타내며 마찰 영역에 윤활 필름이 존재하여 시편이 추가 마모 손상으로부터 보호된다는 결론을 내렸습니다. Wang et al.13은 압력 증착 공정을 통해 복합 고체 윤활제를 질감에 채웠습니다. 마찰 시험에서는 텍스처가 윤활제 저장소 역할을 하여 슬라이딩 중에 윤활제를 슬라이딩 접촉 영역으로 점차적으로 방출하며 복합 고체 윤활제의 탄소 나노섬유가 마찰 계수를 줄이는 데 가장 큰 기여를 한다는 것을 입증했습니다. Hua et al.14은 실온에서 400°C까지의 범위에서 고체 윤활제인 폴리이미드를 충전한 텍스처의 마찰 특성을 조사했습니다. 결과는 유연한 윤활제로 채워진 질감 표면의 COF가 상당히 낮고 더 안정적이라는 것을 보여주었습니다. Rosenkranz et al.15는 검토에서 질감과 고체 윤활제의 조합이 조정 가능한 마찰 또는 마모 동작을 갖는 표면을 얻기 위한 유망한 접근 방식이라고 지적했습니다. 그러나 텍스처와 고체 윤활제 간의 시너지 효과를 극대화하기 위한 기술의 추가 개선 및 최적화 기회는 여전히 많습니다.